Analyse et caractérisation de la convection naturelle et de la convection mixte des enceintes confinées

Other literature type French OPEN
Toulouse, Marie-Laure (2004)
  • Subject: Convection naturelle | Convection mixte | Enceinte confinée | PIV | LDV | Simulation numérique | 530

L'étude des transferts de chaleur par convection mixte, dans les compartiments avion, passe par la mise en œuvre d’un modèle expérimental simplifié du cas industriel simulant les principaux phénomènes. Une étude préliminaire de convection naturelle dans une enceinte confinée comportant une source de chaleur dont la position et la forme varient est réalisée afin d'avoir une meilleure compréhension des phénomènes rencontrés. Cette étude a permis également de tester l'outil numérique Fluent en régime laminaire. Après une analyse des paramètres de similitude intervenant dans cette configuration, une maquette est définie et réalisée en similitude du cas industriel. Cette maquette comprend un élément chauffant placé sur le côté de la cavité et une rampe de jets positionnée perpendiculairement, qui sont représentatifs d'un pack de conditionnement d’air avec le système de ventilation associé. Une caractérisation expérimentale dynamique par PIV (Vélocimétrie par Images de Particules) et thermique par des mesures thermocouples des écoulements d’air de convection naturelle, de convection forcée et de convection mixte est effecttuée. L'ensemble de ces résultats constitue une base de données sur les écoulements de convection dans des enceintes confinées comportant une source de chaleur ventilée. En vue d'une étude paramétrique, ces données expérimentales ont permis une première vérification du code de calcul Fluent en convection naturelle. Cette première étape constitue une approche dans la détermination de corrélations de transfert de chaleur sur ce type d'écoulements. This study is a part of an industrial research about natural and mixed convection heat transfer. The aim is to model thermal exchanges between hot pack bays, placed into the bellyfairing of the plane, and their environment. This is the reason why a simplified model is realised in similitary with the industrial case. A preliminary study of natural convection in a confined cavity induced by a hot source is realised for a better knowledge on flow behaviour. For fixed boundary conditions on the cavity walls, different configurations are realised in which the position of the heating element, in the middle or on the side of the cavity, and its shape, rectangular or square parallelepiped both change. A study with the Fluent software is performed with a two dimensional, laminar and stationary modelling flow. Considering the analysis of similitude parameters, a model is defined and realised in similarity with the industrial case. In this model, a hot source, representative of a pack bay, is positioned on a side of the cavity and a ventilation system is built with a duct of cold jets impinging on the hot source. A dynamical characterisation is obtained using PIV (Particle Image Velocimetry) and a thermal characterisation is deduced from temperature profiles obtained by thermocouple measurements inside the cavity for natural convection, forced convection and mixed convection flows. The whole results provide a data base on mixed convection flows due to a hot source in a ventilated closed enclosure. These experimental results for natural convection are compared with simulations carried out with the industrial software Fluent in order to deepen our investigations on mixed convection flows. This is a first step in the determination on heat transfer laws.
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